田宗忠，王奧博

(內華達大學，先進交通教育與研究中心，里諾89557，美國)

0 引言

交通信號控制廣泛應用于城市道路交叉口，對交叉口的通行能力和交通安全，乃至干線道路和區(qū)域路網的運行效率和能耗排放有著至關重要的影響。交通信號配時旨在對單個或一組交通信號燈的運行過程進行設計，關乎著交叉口各交通流之間通行權的分配是否安全、合理且高效。信號配時方案質量在很大程度上決定了不同模式交通流在信號交叉口的停車次數(shù)和停車時間，以及交通參與者對交通擁堵的直觀感受。近年來，隨著城市出行機動化水平提升，交通擁堵態(tài)勢日益嚴峻。交通信號配時優(yōu)化能夠有效改善交叉口交通運行并減少干線道路行程延誤，具有實施簡單，見效迅速且無需大規(guī)?；A建設投入的特點。因此，提升交通信號配時水平被視為是城市“緩堵”的首選策略之一，同時交通信號配時實踐與技術的相關研究也得到了愈加廣泛的關注。

美國是世界上較早應用交通信號控制的國家，歷經七十余年的發(fā)展，其交通信號控制軟硬件系統(tǒng)與相應的信號配時方法已形成了一套較為完整且具有鮮明特色的體系[1]。憑借融合新興技術與數(shù)據，美國交通信號配時實踐與技術也在持續(xù)更新與升級。所謂“他山之石，可以攻玉”，綜述分析美國交通信號配時技術特點、方法流程和主要軟件工具有著重要的借鑒意義和應用價值。

本文著眼于交通信號配時實踐應用層面，對美國交通信號配時技術“使用具有特色的配時參數(shù)”“重點關注感應控制下的信號協(xié)調”“采用環(huán)柵結構表示配時方案”的特點進行分析；重點介紹美國交通信號配時的主要流程和5 款配時軟件工具；另外，本文對當下美國交通信號配時技術研究動向進行歸納，并在最后展望未來交通信號配時技術發(fā)展的一些挑戰(zhàn)與機遇。

1 美國交通信號配時技術特點

交通信號配時的主要內容是設計交通信號運行的參數(shù)和邏輯[2]，從而確定道路交叉口內各交通流向（包括車輛、行人、非機動車與公共交通等）的通行時刻和時長以實現(xiàn)某種或多種控制目標，保證安全且高效的交通運行。交通信號控制系統(tǒng)是交通信號配時的載體，決定了信號配時方案的最終實施效果。因此，信號配時方案設計需要符合交通信號機、檢測器等軟硬件設備的功能框架，也需要考慮控制系統(tǒng)的數(shù)據采集能力、通信條件乃至計算效率。從機械式、各自獨立的原始交通信號控制機，到如今電子化、聯(lián)網化的現(xiàn)代交通信號控制系統(tǒng)，交通信號控制軟硬件設備的更新升級對信號配時技術的發(fā)展都有著極為重要的影響[3]。

在經歷數(shù)次交通信號控制系統(tǒng)的變革后，美國交通信號配時實踐與技術逐漸形成了當前較為完整的體系。信號配時從業(yè)人員對于信號配時的主要預期目標、設計方法以及實施過程都有著一定程度的共識。回溯美國交通信號控制實踐與技術發(fā)展過程，由行業(yè)組織和信號控制設備生產商推動的技術標準化和兼容化有著十分重要的影響。自上世紀70年代起，美國州公路和運輸工作者協(xié)會(American Association of State Highway Officials,AASHO)、交通工程師協(xié)會 (Institute of Transportation Engineers,ITE)以及美國國家電子產品制造商協(xié)會(National Electrical Manufacturers Association,NEMA)等交通信號控制相關行業(yè)組織聯(lián)合信號控制設備生產商發(fā)布了一系列技術標準并仍在持續(xù)進行更新。這些技術標準在全美國范圍內得到了廣泛采用，事實上規(guī)范了美國當今交通信號控制設備的制式[4-5]與通信協(xié)議[6]，很大程度上統(tǒng)一了交通信號配時涉及的配時參數(shù)與邏輯功能，同時也間接地促進了信號配時新技術開發(fā)與應用，方便信號配時工程師與研究人員開展交流與經驗分享，減少了配時項目執(zhí)行中管理者、工程師乃至公眾之間的協(xié)調障礙。從更宏觀的角度上來看，較為務實的行業(yè)氛圍和多方參與的良性互動在美國交通信號配時技術與實踐的發(fā)展歷程中起到了十分積極的作用。機動車駕駛人，行人以及公交用戶等交通參與者對于交通信號控制的意見與想法能夠有效傳遞給交通信號管理部門，而交通管理部門能夠從多角度分析用戶需求并制定相應的改進措施。同時，設計和實施改進措施中遭遇的問題又可以轉化為對交通信號控制設備生產商的要求，進而促進交通信號控制設備的更新迭代。其中著名案例是俄勒岡州居民Mats J?rlstr?m 對“黃燈時長”的疑問引起了美國信號控制行業(yè)的廣泛討論，甚至促使了美國交通工程師協(xié)會對該課題的進一步研究。

除上述技術標準外，美國各級交通管理部門亦有發(fā)表交通信號配時的指導手冊和技術文獻，其中美國聯(lián)邦公路局(Federal Highway Administration,FHWA)以及美國交通研究委員會(Transportation Research Board,TRB)于2008年和2015年分別發(fā)布了兩版《美國交通信號配時手冊》(Signal Timing Manual)[7-8]，較為全面地介紹了美國交通信號配時技術。對比其他國家與地區(qū)，美國交通信號配時具有3 項特點：一是美國信號配時參數(shù)自成體系，與其他國家存在差異；二是信號配時的主要工作是進行感應控制條件下的信號協(xié)調；三是信號配時方案通過較為特殊“環(huán)柵結構(Ring-barrier Structure)”進行表示。本節(jié)對該3項特點展開綜述。

1.1 美國交通信號配時參數(shù)

美國信號配時參數(shù)定義主要來源于相關行業(yè)標準和技術手冊，以及信號控制設備生產廠商的產品操作手冊?！睹绹煌ㄐ盘柵鋾r手冊》[8]和《美國智能交通系統(tǒng)通信協(xié)議》(National Transportation Communications for Intelligent Transportation System(ITS)Protocol,NTCIP)[6]中詳細介紹了常規(guī)配時參數(shù)的定義，同時《美國交通設施手冊》(Manual on Uniform Traffic Control Devices,MUTCD)[9]等指導性文件中也描述了這些信號配時參數(shù)的應用場景。這部分常規(guī)配時參數(shù)的定義一般來說是較為嚴謹且統(tǒng)一的，但在常規(guī)配時參數(shù)之外，不同信號機制造廠商也會根據各自信號機產品所具備的特殊功能來定義一些額外的信號配時參數(shù)。因為這部分參數(shù)未納入行業(yè)技術標準中，通常只有對應型號信號機的操作手冊描述了其參數(shù)定義，例如：美國信號機生產商Cubic Trafficware(原Naztec)的Scout信號機[10]和Econolite的Cobalt信號機[11]都具備相當數(shù)量的額外配時參數(shù)，使這些信號機能夠滿足更為復雜的信號控制需求。雖然大多數(shù)配時手冊和相關指導性文件中對使用這些額外配時參數(shù)不作強制要求，但合理地應用額外配時參數(shù)可以豐富配時方案功能，從而進一步優(yōu)化信號配時效果。但需要注意的是，信號機操作手冊中的描述往往較為簡略抽象，與實際使用效果往往存在一定程度上的出入，使得配時人員需要大量時間和精力進行摸索以掌握如何正確使用這類配時參數(shù)。

另外，由于語言或者使用場景的差異，信號配時參數(shù)定義在跨地區(qū)學術和工程交流中可能會產生歧義。例如：美國交通信號配時語境中“相位(Phase)”指的是某一特定交通流向或流向組合得到的綠燈、黃燈與全紅清空時長之和，而“相位”在其他語境下也表示交叉口整體通行權保持不變的一個時段。配時參數(shù)定義差異可能造成溝通障礙，甚至導致錯誤理解。美國交通信號配時實踐中還會使用一些較為抽象的術語，例如：“流量-密度控制(Volume-density Control)”等。這些術語通常表達一系列配時概念，在使用或理解時應當參考相關配時指導文件和信號機操作手冊，詳細地確認其內涵，避免“望文生義”。

1.2 感應控制條件下的信號配時

目前美國所采用的現(xiàn)代交通信號機主要面向感應控制(Traffic Actuated Control)而設計，其中大多數(shù)配時參數(shù)與功能是基于交通檢測器的。通過設定一些信號機參數(shù)，感應控制信號機可向下兼容固定配時，但一般只在特殊交通條件下或交通檢測器故障時使用，應用范圍也僅是行人較多的少數(shù)城市中心交叉口或某些交叉口的部分流向。另外，自適應交通信號控制在美國普及率尚低[3]，因此美國交通信號配時實踐與技術主要考慮感應控制。

感應控制可分為全感應或半感應，美國絕大多數(shù)路口采用的是全感應控制方式，即指交通檢測器布設于所有進口道的信號控制流向(本文在討論“感應控制條件下”時特指全感應控制)。感應控制條件下的信號配時與固定配時有著較為明顯的區(qū)別，特別是當不考慮信號協(xié)調時。對于感應控制條件下的非協(xié)調交叉口而言，信號配時并不需要根據模型計算周期和各流向綠時長[12]，因而也可在某種程度上采用交通流量觀察代替原本繁瑣的交通流量數(shù)據采集。非協(xié)調感應控制可以按照所設定的感應控制參數(shù)，如“最小綠燈時長(Min Green)”“最大綠燈時長(Max Green)”“單位通過時間延長(Passage Time)”等，通過基于交通檢測器的交通感應機制實現(xiàn)各流向綠燈時長的靈活分配。非協(xié)調感應控制能夠更好地適應交通到達的變化，實現(xiàn)整體交叉口綠燈時間的高效利用，通常被認為適用于距離相鄰信號燈較遠的單獨交叉口或交通流量較低的夜間?！睹绹煌ㄔO施手冊》(MUTCD)中建議：若交叉口相鄰間距超過半英里(1英里約為1.61 km)，可以不進行信號協(xié)調[9]。同時一部分交通配時工程師認為，當交通流量降低時，信號協(xié)調下的固定周期可能導致綠燈利用率降低且部分流向延誤顯著增加，因而需要切換為無協(xié)調感應控制。但這兩項否定信號協(xié)調的理由仍有較大爭議，比如車隊離散現(xiàn)象(Platoon Dispersion)[13]是支持信號協(xié)調在長交叉口間距條件下無效的主要依據，但考慮車輛性能進步等原因，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)盡管交叉口間距較大，信號協(xié)調仍然具有改善交通運行的作用[14]。而在低流量時段，可以采用短周期或長短周期結合等方式構建信號協(xié)調，能夠有效避免次街長時間等待并減少干道交通停車次數(shù)，也間接地實現(xiàn)了干道交通控速，對保證夜間交通安全有著一定積極效果。

交通信號協(xié)調可以建立干道“綠波”，能夠顯著減少行程延誤和干道交通停車次數(shù)，也可以在個別條件下實現(xiàn)交叉口排隊管理等，改善交通運行。在感應控制條件下實現(xiàn)信號協(xié)調通常是美國信號配時工作中的重心與難點。感應控制條件下的信號協(xié)調控制仍基于周期、相位差等參數(shù)，但其設計過程有別于固定配時[15]。感應信號協(xié)調控制雖然保有固定的周期，但周期內各交通流向綠燈時長分配一定程度上遵循交通感應機制。其中，一種典型的分配模式是周期內協(xié)調相位的結束時刻保持不變，而其他非協(xié)調相位綠時長會依據交通感應請求而變化。這種模式導致非協(xié)調相位會提早結束，剩余綠燈時間將轉移至后續(xù)相位或直接給予協(xié)調相位(Early Return to Coordinated Green)。這種周期內的綠燈時長動態(tài)分配能夠一定程度上提高綠燈利用率，優(yōu)化交叉口通行效率，但同時也使得干道協(xié)調“綠波”具有不確定性。協(xié)調相位綠燈提前起亮事實上造成了相位差的改變，存在增加下游交叉口的停車次數(shù)與延誤時間的可能，但與此同時，這種綠燈提前起亮對一些關鍵交叉口排隊清空又有很大益處。另外，由于交通感應機制能夠調整綠燈時間分配，感應協(xié)調控制所需多時段配時方案數(shù)一般比固定配時更少。通常情況下，美國信號配時實踐中只對“早高峰”“晚高峰”“非高峰”這3個主要類別進行多時段方案設計，另外根據“綠波”潮汐方向變化或個別流向交通流量特征進行方案微調[16]。簡化多時段方案設計可以節(jié)約交通信號配時工作量和成本投入，同時就實際運行效果方面而言，更少的多時段方案數(shù)也意味著更少的方案過渡時間，事實上減少了方案過渡對信號協(xié)調造成的不利影響[17]。

時至今日，建立感應控制條件下的信號協(xié)調控制仍是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。早在上世紀九十年代，學者Jeffrey Buckholz便指出了感應信號協(xié)調配時實踐中十大常見誤區(qū)[18]。其中，“配時人員對使用早啟遲斷相位組合(Lead-lag Phasing)表現(xiàn)出非理性的排斥”等問題目前仍然廣泛存在。另一方面，感應信號協(xié)調配時方案設計對信號配時人員的能力提出了更高的要求。首先，配時考慮因素變得更為復雜，例如：感應機制使得周期確定更為靈活，而非固定配時條件下僅考慮關鍵交叉口。信號配時人員也可將交叉口間距與干道行駛速度納入考慮范圍，選擇一個既能滿足關鍵交叉口通行能力要求且控制延誤在合理范圍，又能夠實現(xiàn)更好雙向綠波協(xié)調效果的周期[19-20]。其次，設計感應信號協(xié)調配時方案需要利用更多的信號機參數(shù)和功能[21-22]，而信號配時人員往往必須付出大量時間與精力進行學習和研究，從而具備合理使用這些配時參數(shù)和功能的能力。一份2012年發(fā)布的美國交通信號運行調研報告中指出[23]，全美范圍內交通信號配時綜合質量依然存在較大的提升空間，其中在“干道協(xié)調效果”“配時方案更新及時性”等方面的評價結果不容樂觀。信號配時項目資金不足和高水平信號配時人員短缺是造成目前困境的主要原因[24]。

1.3 環(huán)柵相位結構

北美地區(qū)通常使用“環(huán)柵相位結構”表示交通信號配時方案。顧名思義，“環(huán)”表示各個相位燈色隨著時間推進而變化的周期性過程，而“柵”表示這個過程中的重要時間節(jié)點，一般情況下可以理解為主街（或次街）相位的同時結束時刻并切換至次街（或主街）放行?！碍h(huán)柵相位結構”一般包含有2 組“環(huán)”和2 個“柵”，處在“柵”的同一側是相容相位組，例如：圖1 中所示的“標準8 相位(STD-8)”環(huán)柵相位結構中，環(huán)1上的相位1或相位2與環(huán)2上的相位5 和相位6 都可同時在交叉口內通行(即相容概念)，反之位于環(huán)2 上的相位5 或相位6 與位于環(huán)1的相位1和相位2也都可同時放行，不存在沖突。

圖1“標準8相位”環(huán)柵相位結構示意圖Fig.1“STD-8”ring-barrier structure

“環(huán)柵相位結構”的優(yōu)勢是能將交叉口內各交通流向之間的沖突關系與交通信號運行過程結合在一起，極大方便了感應控制條件下的配時設計。當配時方案滿足“環(huán)柵相位結構”時，相位時長變化或順序變化并不會引起交通流向之間的沖突。因此，“環(huán)柵相位結構”通過一種簡潔且巧妙的方式代表了感應條件下交通信號燈運行過程的諸多可能。但當處理復雜幾何條件交叉口或實施特殊控制策略時(比如增設右轉保護相位或添加公交專用相位等情況)，需要在標準“環(huán)柵相位結構”中添加“虛擬相位(Dummy Phase)”或“搭接相位(Overlap Phase)”，甚至使用額外的“環(huán)”或“柵”。這使得原有“環(huán)柵相位結構”變得十分復雜且抽象。另外，在“環(huán)柵相位結構”框架下對特殊交叉口進行配時通常需要一些技巧和獨特思考，一些菱形立交(Diamond Interchange)[25-26]和分離式菱形立交(Diverging Diamond Interchange)[27]的配時案例就體現(xiàn)出精妙的、頗具特色的配時設計，展示了信號配時科學性之外的藝術性。

2 美國交通信號配時流程與工具

美國交通信號配時項目一般由交通信號燈的責任單位牽頭(例如：市政府的交通職能部門、區(qū)域交通委員會以及州交通部等)，指派部門內部工程師或雇傭社會咨詢公司實際執(zhí)行項目工作。由于美國城市交通建設已經趨于完備，大部分信號配時工作是針對已有信號配時方案進行優(yōu)化和更新(Signal Retiming)[28]，為新建信號燈進行配時的項目相對較少。美國智能交通發(fā)展分析數(shù)據庫(ITS Development Evaluation Database)中的項目數(shù)據記錄和一些地方交通職能部門發(fā)布的評估報告表明[29]：目前美國交通信號配時資金投入大約是3000～4500美元?交叉口-1；依據配時優(yōu)化后減少的行程時間、能源消耗以及尾氣排放等指標進行計算，配時優(yōu)化項目的效益費用比在40∶1 到200∶1之間。從這些數(shù)據可以看出，信號配時優(yōu)化項目成本投入規(guī)模較小，但項目效益在美國獲得了廣泛認可，具有優(yōu)勢明顯的效益費用比。本節(jié)重點介紹美國交通信號配時項目的基本流程和所采用軟件工具。

2.1 交通信號配時流程

《美國交通信號配時手冊》[8]中提出了“結果導向”式交通信號配時流程(Outcome-based Process)，包含了8項步驟，可概括為如下4個階段。

(1) 數(shù)據采集與分析階段

采集與分析交通數(shù)據是信號配時工作的基礎，其中涵蓋了分析交叉口交通流特征，確定關鍵交通流向(包括車輛流向、行人流向或公交流向等)以及明確重點關注的信號協(xié)調方向等內容。通常情況下，該階段需要進行全天路段交通流量調查和高峰小時交叉口流向流量調查。但由于交通流量調查耗時耗力巨大，項目資源較為緊張時可采用替代方法，例如：根據感應控制條件下各相位持續(xù)時間的歷史記錄推算其所需的綠燈時長分配，進而得到一個可行的初始方案設計，再在后續(xù)的現(xiàn)場調試中對方案進行調整，根據實際運行效果確定最終配時方案[30]。

(2)配時方案設計與現(xiàn)場調試

配時方案設計是信號配時項目的核心部分，主要涉及確定各交叉口相位配置(考慮左轉放行是“許可”或“保護”，是否設置自行車、公交專用相位等)，進行多時段劃分，根據各時段交通運行特征以確定配時方案周期，計算各相位綠燈、黃燈、全紅時長以及確定各信號燈相位差和相序等內容。由于這些內容十分繁雜，美國信號配時人員通常需要使用配時軟件來完成配時設計工作。

配時方案設計完成后需要對方案的實際運行效果進行驗證。方案實施后進行實地觀測并適當調整方案設計是確保信號配時最終效果必不可少的步驟。由于感應控制條件下配時方案運行會受到實時交通到達變化的影響，可能與設計結果存在一定程度的差異，使得識別方案運行的錯誤和缺陷變得比較困難。若沒有合適的軟件工具輔助，配時人員往往需要在這個步驟耗費大量時間和精力。

(3)配時維護階段

配時方案最終確定并正式實施后，配時人員需要定期地對其運行效果進行評估，其中包括進行周期性流量調查以確定交通量是否發(fā)生顯著變化，檢查交通檢測器和信號控制設備運行是否良好，設備通信和在網情況是否正常等。依據定期評估結果和來自公眾的反饋信息，信號配時暴露出的問題應當?shù)玫郊皶r地解決。當問題無法及時解決時，應當對下一輪信號配時項目規(guī)劃的優(yōu)先級做出針對性調整。

2.2 交通信號配時工具

信號配時工具在配時方案設計中扮演著至關重要的角色。從最初信號配時工程師只能依照“時距圖”進行紙筆作業(yè)，到如今功能強大的信號配時軟件得到普及，信號配時工具的進步促進了信號配時技術發(fā)展，極大地提高了信號配時工作效率。目前，美國信號配時項目中使用的配時軟件工具主要有Synchro,TranSync以及Tru-Traffic等。這些軟件具有配時數(shù)據管理、配時參數(shù)優(yōu)化、配時方案校驗以及配時效果評價等功能。另外，TRANSYT-7F和PASSER 兩款軟件曾在美國也得到過一定程度的應用，但由于種種原因，目前已經停止了維護更新或被集成至其他交通軟件中。本文對上述這5 款目前或歷史上美國信號配時項目主要采用的交通信號配時軟件工具進行分析，具體如表1所示。

除了表1中所分析的配時工具外，部分美國信號配時項目中也使用其他信號配時輔助軟件，例如：PTV Vistro，TRANSYT 等。此外，由于上述一些軟件不提供仿真功能或仿真功能不夠完善，例如Synchro 的SimTraffic 仿真應用無法對公交車進行仿真，使得配時人員在配時方案設計過程中還需額外使用交通仿真軟件，如PTV Vissim等。

表1 美國主要配時軟件工具分析Table 1 Current signal timing software tools in the US

隨著技術快速發(fā)展，美國交通信號配時流程和交通信號配時工具正處在不斷更新迭代的階段。當前的交通信號配時項目越來越突出數(shù)據采集與效果評價的重要性，并打造“數(shù)據驅動”的信號配時項目規(guī)劃機制，以取代傳統(tǒng)配時實踐中以市民投訴和工程經驗判斷為主要依據的立項方式。信號配時工具的使用能夠極大地節(jié)約配時項目的資源投入，提高配時質量，將在交通信號配時實踐中扮演愈加重要的角色。

3 美國交通信號配時技術研究動向

目前美國交通信號配時技術的前沿研究主要圍繞兩項主題，即信號配時效果評價和智能網聯(lián)交通條件下的信號控制方法。本節(jié)對這兩項主題分別展開綜述。

3.1 信號配時效果評價

缺乏對交通信號配時實際效果的評價一直以來是美國信號配時實踐中的短板。因此，美國聯(lián)邦公路局(Federal Highway Administration, FHWA)近年來大力推廣“自動化交通控制效果評價系統(tǒng)(Automated Traffic Signal Performance Measures,ATSPM)”，支持了相關方面的理論研究與系統(tǒng)開發(fā)[2,31]。

自動化交通控制效果評價系統(tǒng)采用高精度的事件數(shù)據(High-resolution Event Data，具體指交叉口各進口道車輛檢測器觸發(fā)記錄和交通信號燈燈色變換記錄)，重構全天候交通信號運行過程與交通到達情況，實現(xiàn)精細且長時間范圍的交通控制效果評價[32]。該系統(tǒng)可以計算多項交通控制效果評價指標，其中車隊綠燈到達率(Platoon Ratio)[33]能夠對干道“綠波”實際效果進行量化評價，為后續(xù)相位差優(yōu)化提供依據[34]。此外，系統(tǒng)也能夠根據檢測器占有率數(shù)據識別因綠燈時長不足而引起的二次排隊[35]。

隨著軌跡數(shù)據資源日益豐富，車輛行駛軌跡數(shù)據的價值得到越來越多的關注。其中，高精度車輛軌跡(數(shù)據分辨率在3 s 左右)可以作為交通信號配時效果評價的依據。美國交通數(shù)據公司INRIX 在2020年末發(fā)布了一份研究報告[36]，利用1周時間內獲取的數(shù)百億軌跡點分析了美國境內超過21萬個交叉口的交通信號控制效果。同時，軌跡數(shù)據也可被用來分析干道協(xié)調層面的交通信號配時效果[37]。

3.2 智能網聯(lián)交通條件下的信號控制方法

自動駕駛、車聯(lián)網和車路協(xié)同技術正在飛速發(fā)展，以這些技術為特征的智能網聯(lián)交通情景可能在不久的將來得以實現(xiàn)。智能網聯(lián)條件會極大地豐富交通數(shù)據資源，將給交通信號控制帶來巨大變革。目前的交通信號控制是基于交叉口車輛檢測器采集的數(shù)據，數(shù)據獲取往往是片面且滯后的。網聯(lián)狀態(tài)下，實時獲取的交通大數(shù)據使預估交通到達特征成為可能，從而實現(xiàn)預見性交通信號控制，進一步提高路口通行效率，減少交通延誤。構建智能網聯(lián)條件下的交通信號控制算法是近幾年的理論研究熱點，相關論文多有發(fā)表。其中許多研究基于車聯(lián)網數(shù)據尋求實現(xiàn)各種類型的控制目標，例如：能耗排放最小[38-39]，優(yōu)化公交延誤[40]，或者實現(xiàn)交叉口各流向之間更為“公平”的通行權分配[41]。這些論文無疑開辟了交通信號控制的新思路，但實際應用仍需等待。

智能網聯(lián)條件下信號控制方法研究的另一路徑是利用新數(shù)據資源對一些已有信號控制方法進行改良。例如：“自組織式信號協(xié)調”研究中提出了“協(xié)調延長相位”的概念[42]。利用車聯(lián)網數(shù)據可以更精準地預估交通到達情況，使得該信號控制方法具有更進一步的改善空間。

盡管智能網聯(lián)技術為將來信號控制發(fā)展描繪了極好的藍圖，但由于技術應用是循序漸進的過程，現(xiàn)有交通信號控制模式難以在近期(5～10年內)發(fā)生巨大改變。因此，對于現(xiàn)有交通信號配時方法的深入研究仍有著重要價值。一些學者對傳統(tǒng)信號配時方法[43-44]開展了跟進研究[45-46]，也有一些學者研究了特殊交叉口幾何條件下的信號配時方法[47]以及特殊交通條件(比如過飽和狀態(tài))下的信號配時策略[48]。

4 討論

本文從實踐層面出發(fā)，對美國交通信號配時技術特征，配時工作主要流程和工具以及近期研究動向進行了綜述。經歷一百余年的發(fā)展，美國信號配時實踐與技術已經形成了較為完整且頗具特色的體系，這其中有許多經驗值得借鑒，例如：注重技術標準化，注重軟件工具的使用以及注重信號配時效果評價等。但同時，美國交通信號配時發(fā)展現(xiàn)狀也存在許多問題值得深思，比如：交通信號配時人才培養(yǎng)不足，項目投入欠缺導致配時方案設計水平欠佳，配時方案更新滯后等。此外，本文還對2 項美國信號配時研究熱點進行了分析，介紹了基于高精度事件數(shù)據和軌跡數(shù)據的交通信號控制效果評價相關研究和面向智能網聯(lián)條件的信號控制方法相關研究。

從美國信號配時實踐與技術視角出發(fā)，展望未來交通信號配時實踐與技術發(fā)展，可以總結出以下3項挑戰(zhàn)和機遇。

首先，日益復雜的城市交通運行現(xiàn)狀亟需更為高效的交通信號控制。交通信號配時所涉及的范圍正在從原先的單點或干道，逐漸擴大到區(qū)域甚至更大范圍的路網。信號配時設計所面向的對象也應更加多元化，使得包括行人、公交等在內的多模式交通整體效率得到提升。此外，交通配時設計所考慮的控制目標也應延伸至減少能耗排放，改善駕駛感受或行人通行感受等方面。滿足對交通信號配時提出的更高要求離不開使用功能更為強大的配時軟件工具。配時軟件工具的持續(xù)開發(fā)和功能優(yōu)化將對信號配時技術進步起到重要推動作用。

其次，例如軌跡數(shù)據等新興數(shù)據資源的出現(xiàn)將推動交通信號配時效果評價等方面的進步。隨著科技不斷發(fā)展，越來越多類型的數(shù)據可以被運用到交通信號配時中，這不但豐富了信號配時優(yōu)化與效果評價的依據，也可能替代現(xiàn)有交通檢測設備或者交通數(shù)據調查過程，進一步節(jié)約交通信號配時項目的資源投入。相關方向的研究將在未來產生巨大工程效益。

此外，未來智能網聯(lián)交通技術的落地將帶來交通信號控制的巨大變革。但從傳統(tǒng)交通信號控制模式過渡到智能網聯(lián)交通情景仍需要一個漫長過程。這一過程中的交通信號控制技術如何發(fā)展仍不確定。從實用角度出發(fā)研究過渡階段中的交通信號配時方法同樣十分重要，這其中包括了利用部分可實用的智能網聯(lián)技術，進一步挖掘現(xiàn)有信號控制設備功能，憑借更為豐富的交通數(shù)據資源提升現(xiàn)有交通信號控制水平。

最后，交通信號配時相關的基礎性交通研究仍然需要得到關注。如本文所提及關于黃燈時長和車隊消散現(xiàn)象的研究都建立于半個世紀之前，時至今日依然存在有諸多值得探討的地方，特別是在車輛性能大幅進步，交通信號控制設備長足進步的當下。